JP6005995B2 - 変電設備ユニット - Google Patents

Description

本発明は、直流電源からの直流電力を三相交流電力に変換し、その変換した三相交流電力を昇圧する変電設備ユニットに関する。

変電設備ユニットは、直流電源から入力した直流電力を交流電力に変換すると共に所定の電圧に昇圧して例えば商用電力系統へ出力する機能を有する（例えば特許文献１、２等）。従来、直流電源として例えば太陽電池パネル等を含む太陽光発電装置を用い、太陽光発電システムを設置するためには、太陽電池パネルを含む直流電源の他、集電箱、インバータ装置（パワーコンディショナ）、エアコンディショナ、低圧受電盤、昇圧用変圧器、高圧受電盤（系統連系盤）といった設備を備えた変電設備システムが必要となる。

図８は、従来の変電設備システムの一例を示す。図８に示すように、従来の変電設備システム７０は、インバータ装置７１、低圧受電盤７２、昇圧用変圧器７３及び高圧受電盤７４を備える。太陽電池パネル７５を含む直流電源を用いる場合、インバータ装置７１は、太陽電池パネル７５から接続箱７６及び集電箱７７を介して入力した直流電力を三相交流電力に変換し、その変換した三相交流電力を低圧受電盤７２に出力する。昇圧用変圧器７３は、低圧受電盤７２から入力した三相交流電力を商用電力系統７８に対応する所定電圧に昇圧する。その昇圧された所定電圧の三相交流電力は高圧受電盤７４を介して商用電力系統７８へ出力される。

各設備７１〜７４，７７は、図８に示すようにコンクリートからなる基礎７９の上に個別に設置され、各設備７１〜７４，７７の間を接続するケーブル８１〜８４は地中を通る経路で配線されている。また、従来は、地中にケーブル８１〜８４が配線されているため、インバータ装置７１及び昇圧用変圧器７３などには、地絡検出器及びＭＣＣＢ（Molded Case Circuit Breaker）などの遮断器とを備えた地絡検出装置８５〜８８が設けられている。また、通常は、電力の容量を増やすため、太陽電池パネル７５、接続箱７６、集電箱７７、インバータ装置７１、低圧受電盤７２及び昇圧用変圧器７３が複数組設けられ、これら複数組のうちの各昇圧用変圧器７３が共通の高圧受電盤に接続されることで、変電設備システム７０が構築される。

特開２０１２−７０４９８号公報 特開２０１１−３６０４５号公報

しかしながら、従来の変電設備システム７０を構成する各設備７１〜７４は、通常、製造メーカが異なっており、専門家が各設備７１〜７４の仕様の確認、選定、設置工事を設計する必要があった。特に、大規模な太陽光発電システムは高圧連系となるため、専門的な知識が必要となっていた。

また、現場に搬送した各設備７１〜７４，７７をコンクリート製の基礎７９の上に組み立てる組立工事と、各設備７１〜７４，７７間のケーブル８１〜８４を地中に配線する配線工事が必要である。このため、現地で各設備７１〜７４を備えた変電設備システムを設置するための工事は大変な作業であった。さらに、従来は、地中に配線されるケーブル８１〜８４が多く、地絡防止のために比較的多くの地絡検出装置８５〜８８が必要であった。また、変電設備システムを設置した後、各設備７１〜７４，７７の耐圧試験、地絡試験、保護系試験などを含む組合せ試験を行う必要があった。

例えば特許文献１では、低圧受電盤がない構成で、複数台のインバータ装置７１につき昇圧用変圧器７３を１つとした構成も開示されているが、この場合、地中に配線すべきケーブルの本数を低減できるものの、ケーブルの地中配線工事は必要なので、現場での変電設備システムの設置工事は依然大変な作業であった。なお、変電設備システムでは、太陽電池パネルを含む直流電源に限定されず、燃料電池などの他の直流電源を使用する場合にも、同様の問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、地中配線工事を低減又は省略できるうえ、地絡検出装置の必要個数を低減でき、しかも現場での組合せ試験も低減又は省略できる変電設備ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、変電設備ユニットであって、複数の直流電源のそれぞれに対応して設けられ、前記直流電源から入力される直流電力を三相交流電力に変換する複数の電力変換部と、前記複数の電力変換部を収容する筐体と、前記複数の電力変換部のそれぞれの出力が合成されて出力された三相交流電力を入力して当該入力した三相交流電力の電圧値を電力系統の電圧値に昇圧する昇圧用変圧器と、前記昇圧用変圧器と電力系統との間に設けられ、前記昇圧用変圧器と電力系統との間の電力伝送路を遮断する機能を有する系統連系盤と、を備え、前記複数の電力変換部と前記昇圧用変圧器との間の交流電力の伝送路は、前記筐体と前記昇圧用変圧器との間に設置されたダクト内を通ると共に、当該ダクトに対して絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されるように当該ダクト内の取り付け位置が定まっており、前記系統連系盤は、前記昇圧用変圧器と電力系統との間の伝送路を遮断するための開閉器と、当該開閉器を制御するとともにカレンダ機能を有する制御部とを備え、前記制御部は、日付に応じて予め設定された第１の時刻になると、前記開閉器を閉じ、日付に応じて予め設定された第２の時刻になると、前記開閉器を開くことを要旨とする。

この発明によれば、筐体内の複数の電力変換部と昇圧用変圧器との間の交流電力の伝送路は、筐体と昇圧用変圧器との間に設置されたダクト内を通ると共にダクトと絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されるように取り付け位置が定まっている。このため、複数の電力変換部と昇圧用変圧器との間の伝送路を地中に配線する必要がなくなるので、地中配線工事の低減又は廃止により変電設備ユニットの施工を簡素化できるうえ、地絡の心配がなくなり、例えば地絡検出装置が不要になる。また、複数の電力変換部が１つの筐体に収容されているので、現地において各電力変換部の個別の施工が不要になり、１つの筐体の施工で済ませられ、この点からも施工を簡素化できる。さらに、複数の電力変換部を収容する筐体と昇圧用変圧器とをダクトで接続するパッケージ化と、ダクト内の伝送路の取り付け位置が定まっていることとにより、工場での電力変換部と昇圧用変圧器との組合せ試験が可能となり、現地での組合せ試験の低減も可能になる。

また、この発明によれば、日付に応じて予め設定された第１の時刻になると、開閉器が閉じられ、昇圧用変圧器と電力系統との間の伝送路が接続される。また、日付に応じて予め設定された第２の時刻になると、開閉器が開かれ、昇圧用変圧器と電力系統との間の伝送路が遮断される。夜間などの発電がない期間になって第２の時刻になると、昇圧用変圧器と電力系統との間の伝送路が遮断されるので、昇圧用変圧器の１次側（電力系統側）を開放することで励磁損を抑制しランニングコストを低減可能である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変電設備ユニットにおいて、前記昇圧用変圧器と前記系統連系盤の間の交流電力の伝送路は、前記昇圧用変圧器と前記系統連系盤との間に設置された第２ダクト内を通ると共に、当該第２ダクトに対して絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されるように取り付け位置が定まっていることが好ましい。

この発明によれば、昇圧用変圧器と系統連系盤の間の交流電力の伝送路は、昇圧用変圧器と系統連系盤との間に設置された第２ダクト内を通ると共に、第２ダクトに対して絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されるように当該第２ダクト内の取り付け位置が定まっている。このため、昇圧用変圧器と系統連系盤との間の交流電力の伝送路を地中に配線する必要がなくなるので、地中配線工事の低減又は廃止により、変電設備ユニットの施工を簡素化できるうえ、地絡の心配がなくなり、例えば地絡検出装置が不要になる。また、昇圧用変圧器と系統連系盤とを第２ダクトで接続するパッケージ化と、第２ダクト内の伝送路の取り付け位置が定まっていることとにより、工場での電力変換部と昇圧用変圧器と系統連系盤との組合せ試験が可能となり、現地での試験工数の低減も可能になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の変電設備ユニットにおいて、前記直流電源から入力した直流電力を集電してそれぞれ対応する前記電力変換部に出力する複数の集電部を更に備え、前記筐体には、前記複数の電力変換部と前記複数の集電部とが収容されていることが好ましい。

請求項３に記載の発明によれば、筐体には、複数の電力変換部と複数の集電部とが収容されているので、複数の電力変換部と複数の集電部とを個別に施工する必要がなく、１つの筐体の施工だけで済む。

地中配線工事を低減又は省略できるうえ、地絡検出装置の必要個数を低減でき、しかも現場での組合せ試験も低減又は省略できる変電設備ユニットを提供できる。

一実施形態における変電設備ユニットを示す斜視図。 コンテナの扉を開いた状態の変電設備ユニットを示す斜視図。 変電設備ユニットの正面図。 ダクト内の配線構造を示す平断面図。 ダクトの図４におけるＡ−Ａ線断面図。 変電設備ユニットの電気的構成を示すブロック図。 変電設備ユニットの組み立て方法を説明する一部破断正面図。 従来の変電設備システムの電気的構成を示すブロック図。

以下、本発明を具体化した一実施形態の変電設備ユニットを図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の変電設備ユニット１１は、入力した直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置１２、その変換された三相交流電力を昇圧する昇圧用変圧器１３及び商用電力系統との接続・遮断を行う系統連系盤１４（高圧受電盤）の３つのユニットを備えている。変電設備ユニット１１は、これら３つのユニット１２〜１４が一体に接続された一つのユニットとして組み立てられている。

電力変換装置１２は、筐体の一例としてコンテナ１５を備えている。コンテナ１５は、一例としての貨物輸送用のコンテナを利用している。図１では、コンテナ長が比較的短い長さ（例えば１０フィート）の小型のコンテナ１５を使用した例を示している。コンテナ１５は、四角板状の底部１５ａと、底部１５ａの四隅に立設された四本の隅柱１５ｂと、底部１５ａの各辺上側に配置されて左右に対向する一対の妻板１６と、前後に対向する一対の側板１７と、四本の隅柱１５ｂの上端部に連結されて四角枠状に横架された四本の梁部１５ｃと、四本の梁部１５ｃに支持されて上側を塞ぐ天板１８とを備える。本例では図１における手前側の側板１７は、左右の隅柱１５ｂを回動中心として手前側へ回動して開閉可能な一対の扉体１７ａからなる。コンテナ１５の一方（図１では手前側）の妻板１６の外面には、コンテナ１５内に冷風を送って電力変換装置１２内を冷却するエアコンディショナ２０の室外機２０ａが取り付けられている。

電力変換装置１２と昇圧用変圧器１３は、両者の間に架設された第１ダクト２１を介して接続されている。詳しくは、昇圧用変圧器１３は、変圧器本体１３ａと、変圧器本体１３ａの上端部の端子部分を覆うと共に上方へ少し延出した後に左右に分岐する略Ｔ字状のダクト接続部１３ｂとを有する。第１ダクト２１の一端部はコンテナ１５の妻板１６に開口する挿入口１６ｂに挿入された状態でコンテナ１５に接続され、第１ダクト２１の他端部はダクト接続部１３ｂの一端部（図１では左端部）にその開口部１３ｄ（図７参照）に連通する状態で接続されている。

また、昇圧用変圧器１３と系統連系盤１４とは、両者の間に架設された第２ダクト２２を介して接続されている。詳しくは、第２ダクト２２の一端部はダクト接続部１３ｂの他端部（図１では右端部）にその開口部１３ｅ（図７参照）に連通する状態で接続され、第２ダクト２２の他端部は系統連系盤１４の側面に形成された挿入口１４ｃ（図３参照）に挿入された状態で系統連系盤１４に接続されている。

本実施形態のダクト２１，２２は、配線用ダクトである。電力変換装置１２と昇圧用変圧器１３との間は、第１ダクト２１内を通る配線を介して電気的に接続されている。また、昇圧用変圧器１３と系統連系盤１４との間は、第２ダクト２２内を通る配線を介して電気的に接続されている。なお、ダクト接続部１３ｂの上面は取り外し可能な蓋体１３ｃからなり、蓋体１３ｃを開けることで、ダクト接続部１３ｂ、第１ダクト２１及び第２ダクト２２の内部における一部の配線作業やメンテナンスなどが可能となっている。

系統連系盤１４は、縦長の四角箱状の収容ボックス１４ａを備える。収容ボックス１４ａには扉１４ｂが設けられ、扉１４ｂを開けた正面所定高さに操作盤１４ｄが配置されている。操作盤１４ｄを操作することにより商用電力系統との接続・遮断を制御する条件設定などが可能となっている。本例の系統連系盤１４は、例えば日の出時刻になると商用電力系統と接続され、日没時刻になると商用電力系統との接続が遮断される。なお、系統連系盤１４で行われるこの制御の詳細は後述する。

図２は、コンテナ１５内の様子が分かるように天板１８を外しかつ扉体を開けた状態を示す。図２に示すように、コンテナ１５は、前面（図２では左手前）側の側板１７を構成する一対の扉体１７ａの他に、左面（図２では左奥）側の妻板１６が一対の扉体１６ａから構成されて、隅柱１５ｂを回動中心として外側へ開閉可能となっている。

図２に示すように、コンテナ１５内には、電力変換部の一例としてのインバータ装置２３が左右に隣接して複数台（この例では２台）配設されている。インバータ装置２３は直流電力を三相交流電力に変換する機能を有する。各インバータ装置２３には扉体１７ａを開いた正面となる前面に操作盤２３ａが設けられ、作業者が操作盤２３ａを操作することにより電力変換条件の設定などを行うことが可能になっている。

コンテナ１５内の奥側上部にはエアコンディショナ２０の室内機２０ｂが取り付けられている。室外機２０ａの運転により生成された冷気が不図示のホースを通じて室内機２０ｂへ運ばれ、室内機２０ｂの吹出口２０ｃから吹き出される冷風により、インバータ装置２３が冷却される。インバータ装置２３は、昇圧用変圧器１３及び系統連系盤１４などの他のユニットに比べ比較的運転時の発熱量が高いため、他のユニットとは別の筐体に収容して効率良く冷却するようにしている。昇圧用変圧器１３はインバータ装置２３に比べ発熱量がかなり小さいので、コンテナ１５の外部に配置して空冷されるようにしている。

本実施形態の変電設備ユニット１１は、太陽電池パネルを含む太陽光発電装置を直流電源として使用することを前提としている。このため、変電設備ユニット１１では、太陽電池パネルを含む直流電源から入力した直流電力を集電する集電箱２４を、コンテナ１５内に収容している。つまり、太陽電池パネルを含む直流電源から直流電力を集めるために集電箱２４が必要になるが、この集電箱２４を、コンテナ１５内の余ったスペースを利用してコンテナ１５内にインバータ装置２３と共に収容している。集電箱２４は、インバータ装置２３に対応してこれと同数（本例では２個）設けられ、各集電箱２４が集電した直流電力がそれぞれ対応するインバータ装置２３に入力される。なお、本実施形態では、集電箱２４により、集電部の一例が構成される。

コンテナ１５内の複数のインバータ装置２３は、それぞれ対応する集電箱２４を介して入力される直流電力を三相交流電力に変換する。複数のインバータ装置２３のそれぞれが出力する三相交流電力は同一の出力ラインに出力されて合成され、その合成された三相交流電力が第１ダクト２１内の配線を介して昇圧用変圧器１３に出力される。

昇圧用変圧器１３は、電力変換装置１２側から入力した三相交流電力の電圧値（一例として４４０ボルト）を商用電力系統の電圧値（一例として６６００ボルト）に昇圧する機能を有する。昇圧用変圧器１３が昇圧した三相交流電力は、第２ダクト２２内の配線を介して系統連系盤１４に出力される。系統連系盤１４は、商用電力系統と昇圧用変圧器１３との間に介在して電力伝送路を接続・遮断する機能を有する。

図３は、本実施形態の変電設備ユニット１１が現場で組み立てられて設置された状態を示している。図３に示すように、電力変換装置１２、昇圧用変圧器１３及び系統連系盤１４は、共通のコンクリート製の基礎Ｃの上に配置された状態で、それぞれの下端部周囲の複数箇所で固定部材２５を用いて基礎Ｃに固定されている。固定部材２５は、例えばＬ字金具などの取付部材と、取付部材を介して基礎Ｃにアンカー打ちされるアンカーボルトなどからなる。

まず、図７に基づいて昇圧用変圧器１３とダクト２１，２２との構成を簡単に説明する。図７に示すように、昇圧用変圧器１３を構成する変圧器本体１３ａの上端部からは不図示の入力端子に接続された４４０ボルト対応の３本のケーブル２６が延出している。３本のケーブル２６の先端部にはそれぞれ接続端子２６ｔ（例えば圧着端子）が固定されている。また、変圧器本体１３ａの上端部からは不図示の出力端子に接続された６６００ボルト対応の３本のケーブル２８が延出している。３本のケーブル２８の先端部にはそれぞれ接続端子２８ｔ（例えば圧着端子）が固定されている。

低圧側の３本のケーブル２６は、ダクト接続部１３ｂ内を通って開口部１３ｄから外側へ引き出され、その引き出した３本のケーブル２６が第１ダクト２１内を通るように配線される。第１ダクト２１内には３本のケーブル２６を所定の配線経路で固定するための端子台２７が固定されている。

また、高圧側の３本のケーブル２８は、ダクト接続部１３ｂ内を通って開口部１３ｅから外側へ引き出され、その引き出した３本のケーブル２８が第２ダクト２２内を通るように配線される。第２ダクト２２内には３本のケーブル２８を所定の配線経路で固定するための端子台２９が固定されている。第１ダクト２１内において、３本のケーブル２６は、端子台２７上に隣と一定の間隔を開けて互いに略平行となるように配線される。また、第２ダクト２２内において、３本のケーブル２８は、端子台２９上に隣と一定の間隔を開けて互いに略平行となるように配線される。

図４及び図５は、ダクト内の配線構造を示す。ここで、第１ダクト２１内の配線構造と第２ダクト２２内の配線構造は、使用されるケーブル２６，２８の規格電圧が異なることによるケーブル径や配線間隔などが異なること以外は、基本的に同じなので、ここでは第１ダクト２１内の配線構造について説明する。なお、図４及び図５では、第２ダクト２２内の配線構造における対応する部材の符号を括弧内に示している。

図４及び図５に示すように、第１ダクト２１内には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３本ケーブル２６ｕ，２６ｖ，２６ｗが所定の位置に固定されている。詳しくは、第１ダクト２１の内壁面上には絶縁材料（例えば樹脂材料）からなる例えば四角板状の端子台２７が固定されている。端子台２７上には、３本のケーブル２６ｕ，２６ｖ，２６ｗが互いに平行にほぼ真っ直ぐ延びた状態で、その長手方向の複数箇所で樹脂製の固定具３０によりそれぞれ固定されることで配線されている。このように３本のケーブル２６ｕ，２６ｖ，２６ｗは、第１ダクト２１内に隣のものとほぼ一定の間隔で互いに平行に延びるように配置されると共に、第１ダクト２１の内壁面と一定以上の距離を離間して配置されるようにその取り付け位置が定まっている。本実施形態では、第１ダクト２１がアース電位となっているが、第１ダクト２１と３本のケーブル２６ｕ，２６ｖ，２６ｗとは絶縁破壊が生じない適度な距離を隔てて離間している。

また、第２ダクト２２内のケーブル２８の配線構造も、図４及び図５に示す第１ダクト２１内における３本のケーブル２６ｕ，２６ｖ，２６ｗの配線構造と同様である。すなわち、図４及び図５に示すように、第２ダクト２２内にも同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３本のケーブル２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが、第２ダクト２２の内壁面上に固定された絶縁材料からなる例えば四角板状の端子台２９上に互いに平行に真っ直ぐ延びた状態で、複数の固定具３０によりそれぞれ固定されることで配線されている。このように３本のケーブル２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、第２ダクト２２内にほぼ一定の間隔で平行に配置されると共に第２ダクト２２の内壁面と一定以上の距離を離間するようにその取り付け位置が定まっている。本実施形態では、第２ダクト２２がアース電位となっているが、第２ダクト２２とケーブル２８ｕ，２８ｖ，２８ｗとが、絶縁破壊が生じない適度な距離を隔てて離間している。

図６は変電設備ユニット１１の電気的構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施形態の変電設備ユニット１１は、複数の直流電源３１から入力した直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置１２と、三相交流電力を昇圧する昇圧用変圧器１３と、昇圧した所定電圧の三相交流電力を商用電力系統３２へ出力する系統連系盤１４とを備える。

図６に示すように、電力変換装置１２は、直流電源３１から直流電力を入力するための入力端子１２ｉを備える。直流電源３１は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで直流電力を生成する太陽電池パネル３４及び接続箱３５等を含む太陽電池システムからなる。変電設備ユニット１１は、太陽電池パネル３４に接続された接続箱３５の出力配線が、電力変換装置１２の各入力端子１２ｉに接続されることで、直流電源３１からの直流電力を入力可能な状態となる。

入力端子１２ｉを介して入力された直流電力は、入力端子１２ｉと対応する集電箱２４を通じて対応するインバータ装置２３に入力される。インバータ装置２３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４１、インバータ回路４２、フィルタ回路４３、電流センサ４４、電圧センサ４５及び制御回路４６を備える。なお、複数のインバータ装置２３はそれぞれの内部構成が同じなので、図６では１つのインバータ装置２３のみ内部の構成を示している。

図６に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路４１は、昇圧形コンバータであり、直流電源３１から入力される直流電圧を昇圧してインバータ回路４２に出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４１は、制御回路４６から入力されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のオンとオフとを切り替えることで、直流電源３１から入力される直流電圧を所定の電圧レベルに昇圧して出力する。

インバータ回路４２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４１から入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するものである。本実施形態では、商用電力系統３２が三相３線式の電力系統であるので、インバータ回路４２は、三相フルブリッジインバータとしている。したがって、インバータ回路４２からフィルタ回路４３及び昇圧用変圧器１３を介して商用電力系統３２までは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電圧の３本の出力ラインによって接続されている。なお、インバータ回路４２の回路構成は、商用電力系統３２やその他の条件に合わせて、適宜変更してよい。すなわち、インバータ回路４２は、三相インバータでなく、単相インバータでもよいし、ハーフブリッジインバータでもよい。

インバータ回路４２は、２個のスイッチング素子が直列に接続されたアームを３個含む三相ブリッジ回路（図示しない）を有しており、制御回路４６から入力されるＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４１から入力される直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ回路４２から出力される三相交流電力はフィルタ回路４３に入力される。

フィルタ回路４３は、インバータ回路４２から入力される交流電圧から、スイッチング周波数成分を除去するものである。フィルタ回路４３は、一例として公知のローパスフィルタを備える。フィルタ回路４３でスイッチング周波数成分が除去された三相交流電力は、昇圧用変圧器１３に出力される。

制御回路４６は、指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号をインバータ回路４２に出力する。制御回路４６は、電流センサ４４が検出した検出電流値、及び電圧センサ４５が検出した検出電圧を入力し、その入力した検出電流値及び検出電圧値に基づいて指令値を算出し、その算出した指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号に基づいてインバータ回路４２を制御する。すなわち、制御回路４６は、ＰＷＭ信号でインバータ回路４２の動作（各スイッチング素子のオンとオフの切り替え）を制御することにより、インバータ回路４２の出力電圧を調整する。

電流センサ４４及び電圧センサ４５は、フィルタ回路４３と出力端子１２ｏとの間の出力ライン上に設けられ、インバータ回路４２から出力されて昇圧用変圧器１３で昇圧される前の三相交流の電流値及び電圧値をそれぞれ検出する。制御回路４６は、各センサ４４，４５から入力される信号に基づいて、インバータ回路４２の出力する三相交流電力の制御を行っている。なお、インバータ回路４２の制御に必要な他のセンサを設けてもよい。

複数のインバータ装置２３の各出力ラインは相互に接続されており、各インバータ装置２３が出力する三相交流電力は１つに合成されて１つの出力ラインを通って昇圧用変圧器１３へ出力される。すなわち、図６に示すように、各インバータ装置２３の出力ラインのうち出力端子１２ｏと接続された出力ラインに、他の出力ラインが接続されている。昇圧用変圧器１３から第１ダクト２１内を通って延びる前述の３本のケーブル２６の先端部に設けられた接続端子２６ｔ（図７参照）は、この出力端子１２ｏに接続されている。

複数のインバータ装置２３の各出力ラインを接続しているため、各インバータ装置２３の出力に差が生じると、一のインバータ装置２３の出力の一部が他のインバータ装置２３内を逆向きに流れる循環電流が発生し、その循環電流の分だけ電力損失となる。そのため、各インバータ装置２３内の制御回路４６は相互に通信を行って出力情報を交換し、同期をとりながら循環電流の発生を抑える所定のプログラムに従ってインバータ回路４２をスイッチング制御することで、循環電流に起因する電力損失の発生を防止している。このため、複数のインバータ装置２３の出力ラインを１つに接続しても、循環電流に起因する電力損失が発生しにくくなっている。

昇圧用変圧器１３は、各インバータ装置２３から出力され合成された三相交流電力を商用電力系統３２の所定の電圧に昇圧する。また、昇圧用変圧器１３の出力端子から延びる３本のケーブル２８は、第２ダクト２２内を通り、その先端部に設けられた接続端子２８ｔは系統連系盤１４の入力端子１４ｉに接続されている。昇圧用変圧器１３は、前述のように例えば４４０ボルトの三相交流電力を６６００ボルトに昇圧する。昇圧用変圧器１３の出力端子から出力された昇圧後の三相交流電力は、第２ダクト２２内の３本のケーブル２８を通じて系統連系盤１４へ出力される。なお、各インバータ装置２３にそれぞれ別の直流電源３１が接続される構成に替え、１つの直流電源３１の出力を分配して、各インバータ装置２３に入力する構成でもよい。この場合、分配されたそれぞれが直流電源となる。

また、系統連系盤１４は、入力端子１４ｉと出力端子１４ｏとを接続する三相の伝送路４９上に設けられた開閉器５０を内蔵している。開閉器５０は、例えば励磁突流抑制機能付き開閉器である。励磁突流抑制機能付き開閉器を用いることで、昇圧用変圧器１３への負荷（ストレス）を軽減し、昇圧用変圧器１３の長寿命化を図っている。

また、系統連系盤１４内には、この開閉器５０を制御する制御部５１が設けられている。制御部５１は、カレンダ機能部５２とメモリ５３とを備える。メモリ５３には、カレンダ機能部５２が参照する第１の時刻Ｔ１と第２の時刻Ｔ２との各時刻データが記憶されている。ここで、第１の時刻Ｔ１は、日の出時刻など明るくなって規定量以上の太陽光発電が可能となる時刻データであり、第２の時刻Ｔ２は、日没時刻など暗くなって規定量以上の太陽光発電ができなくなる時刻データである。これらの時刻Ｔ１，Ｔ２のデータは、日付毎に設定されている。もちろん、週毎又は月毎に第１の時刻Ｔ１及び第２の時刻Ｔ２が設定されていてもよい。なお、制御部５１は、例えばコンピュータを備え、コンピュータが開閉器制御用のプログラムを実行することによりソフトウェアにより各機能が構築される。また、作業者が、系統連系盤１４に設けられた操作盤１４ｄを操作することで、第１の時刻Ｔ１及び第２の時刻Ｔ２の設定及び変更が可能となっている。カレンダ機能部５２は、日付に応じて予め設定された第１の時刻Ｔ１になると、昇圧用変圧器１３と商用電力系統３２との間の電力伝送路を接続し、予め設定された第２の時刻Ｔ２になると、昇圧用変圧器１３と商用電力系統３２との間の電力伝送路を遮断する。

次に、本実施形態の変電設備ユニットの作用を説明する。
各ユニット１２〜１４のパッケージ化により、工場出荷時に出荷試験として各ユニット１２〜１４の組合せ試験が行われる。組合せ試験としては耐圧試験、地絡試験及び保護系試験などが行われる。

現場に各ユニット１２〜１４等を運搬したら、各ユニット１２〜１４をコンクリートの基礎Ｃの上に載置する。次に、ダクト２１，２２を架設しつつ各ダクト２１，２２内のケーブル２６，２８の配線を行う。詳しくは、まず各ダクト２１，２２を昇圧用変圧器１３のダクト接続部１３ｂの各開口部１３ｄ，１３ｅに接続する。そして、昇圧用変圧器１３から前段及び後段側へ３本ずつ延びたケーブル２６，２８を、それぞれ第１ダクト２１及び第２ダクト２２内を通す。各ダクト２１，２２内に固定された端子台２７，２９上の予め定められた取り付け位置に、図４及び図５に示すように、ケーブル２６，２８を、一定の間隔で互いに平行になるように真っ直ぐ配置し、それぞれの長手方向の複数箇所を固定具３０を用いて端子台２７，２９に固定する。

そして、第１ダクト２１内に配線された３本のケーブル２６の端部に設けられた接続端子２６ｔをコンテナ１５側の出力端子１２ｏに固定すると共に、第１ダクト２１の変圧器１３とは反対側の端部を、コンテナ１５側の挿入口１６ｂに挿入してコンテナ１５に接続する。また、第２ダクト２２内に配線された３本のケーブル２８の端部に設けられた接続端子２８ｔを系統連系盤１４側の入力端子１４ｉに接続すると共に、第２ダクト２２の変圧器１３とは反対側の端部を、系統連系盤１４側の挿入口１４ｃ（図３参照）に挿入して接続する。なお、第１ダクト２１の端部のコンテナ１５の挿入口１６ｂへの接続と、第２ダクト２２の端部の系統連系盤１４の挿入口１４ｃへの接続とを先に行い、その後、コンテナ１５の内側から接続端子２６ｔと出力端子１２ｏとの固定作業と、系統連系盤１４の内側から接続端子２８ｔと入力端子１４ｉとの固定作業とを行う作業手順をとってもよい。

そして、変電設備ユニット１１の組み立てが完了とすると、各ユニット１２〜１４を、固定部材２５（例えばＬ字金具）を用いてアンカーボルトを締めることにより基礎Ｃにアンカー打ちで固定する。コンテナ１５の底部１５ａに形成された不図示のフォーク穴を通じて、太陽電池パネル３４と接続される接続箱３５からの配線をコンテナ１５内に通し、その配線をコンテナ１５内の集電箱２４に接続する。また、系統連系盤１４からのケーブル５５を商用電力系統３２に接続する。

このように設置された変電設備ユニット１１では、直流電源３１からの直流電力が集電箱２４を介してインバータ装置２３に入力され、インバータ装置２３により直流電力が三相交流電力に変換される。各インバータ装置２３が出力する三相交流電力は１つに合成されて第１ダクト２１内のケーブル２６を通って昇圧用変圧器１３に出力される。昇圧用変圧器１３は入力した三相交流電力の電圧値を昇圧して第２ダクト２２内のケーブル２８を通って系統連系盤１４へ出力される。そして、閉じた開閉器５０を通ってケーブル５５から商用電力系統３２へ出力される。

系統連系盤１４内の制御部５１は、カレンダ機能部５２により日付に応じた第１の時刻Ｔ１と第２の時刻Ｔ２とをメモリ５３から取得し、クロック機能により計時している現在の時刻が第１の時刻Ｔ１（例えば日の出時刻）になると、開閉器５０を閉じる。また、制御部５１は、現在の時刻が第２の時刻Ｔ２（例えば日没時刻）になると、開閉器５０を開く。このため、太陽電池パネル３４で発電量が多い明るい時間帯に高圧の三相交流電力を商用電力系統３２に出力でき、太陽電池パネル３４での発電量の少ない暗い時間帯に、変電設備ユニット１１が商用電力系統３２から電力を入力して消費する事態を防止できる。

以上詳述したように本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）複数のインバータ装置２３（電力変換部）が、１つのコンテナ１５（筐体）に収容されているので、従来のように現地において複数のインバータ装置２３間の配線が不要である。わなわち、各ユニット１２〜１４を現地に運搬して設置するだけで済む。さらに、昇圧用変圧器１３の前段（低圧側）の伝送路がコンテナ１５と昇圧用変圧器１３との間に架設されたダクト２１内を一定経路で配線されたケーブル２６であるので、従来のようにケーブルを地中に引き回す地中配線工事が不要である。そのため、変電設備ユニット１１の施工を簡素化できる。

（２）昇圧用変圧器１３の低圧側の伝送路が、第１ダクト２１内における取り付け位置が定まっており、第１ダクト２１内を一定経路で通るケーブル２６により構成される。そして、第１ダクト２１とケーブル２６とが、絶縁破壊が生じないように離間して配置されているので、昇圧用変圧器１３の低圧側にて地絡が生じない。従来であれば、ケーブルを引き回して配線していたので、アースとの距離が一定ではなく地絡が生じ易く地絡検出装置８７（図８参照）が設けられていたが、本実施形態によれば、地絡の心配がないので、この種の地絡検出装置８７を廃止できる。

（３）昇圧用変圧器１３の高圧側の伝送路が、第２ダクト２２内における取り付け位置が定まっており、第２ダクト２２内を一定経路で通るケーブル２８により構成される。そして、第２ダクト２２とケーブル２６とが、絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されているので、昇圧用変圧器１３の高圧側にて地絡が生じない。従来であれば、ケーブルを引き回して配線していたので、アースとの距離が一定ではなく地絡が生じ易く地絡検出装置８８（図８参照）が設けられていたが、本実施形態によれば、地絡の心配がないので、この種の地絡検出装置８８を廃止できる。

（４）各ユニット１２〜１４のパッケージ化により工場での組合せ試験（耐圧試験、地絡試験、保護系試験等）が可能となり、現地での試験工数を低減できる。従来は、ケーブルを地中に引き回していたため、組合せ試験をケーブルの配線後に現地で行う必要があったが、本実施形態では、ダクト２１，２２内におけるケーブル２６，２８の取り付け位置がダクト２１，２２の内壁面と一定以上の距離を隔てた位置に定まっているので、工場での出荷試験の際に組合せ試験を行うことができる。

（５）複数のインバータ装置２３をコンテナ１５内に収容したので、複数のインバータ装置２３を個別に施工する必要がなく、１つのコンテナ１５の施工で済む。
（６）複数のインバータ装置２３のそれぞれと対応する複数の集電箱２４を、インバータ装置２３と共にコンテナ１５内に収容したので、複数の集電箱をコンテナ外に配置する構成に比べ、複数のインバータ装置２３と複数の集電箱２４とを個別に施工する必要がなく、１つのコンテナ１５の施工で済む。

（７）従来は、複数のインバータ装置のそれぞれに配電用遮断器が必要であったので、インバータ装置と昇圧用変圧器との間に低圧受電盤７２（図８参照）を設けていた。これに対して本実施形態によれば、複数のインバータ装置２３の出力を合成して出力する出力ライン（つまり出力端子１２ｏ）を、第１ダクト２１内のケーブル２６を介して昇圧用変圧器１３に直結したので、低圧受電盤７２を省略できる。この結果、変電設備ユニット１１における受電盤を系統連系盤１４の１セットで済ませることができる。

（８）カレンダ機能部５２を内蔵し、日付に応じて予め設定された第１の時刻Ｔ１になると、開閉器５０を閉じて昇圧用変圧器１３と商用電力系統３２との間の伝送路を接続し、日付に応じて予め設定された第２の時刻Ｔ２になると、開閉器５０を開いて昇圧用変圧器１３と商用電力系統３２との間の伝送路を遮断する。よって、夜間などの発電がない期間に昇圧用変圧器１３の１次側（電力系統側）を開放することで励磁損を抑制しランニングコストを低減できる。また、開閉器５０として、励磁突流抑制機能付き開閉器を使うことで昇圧用変圧器１３への負荷（ストレス）を軽減でき、昇圧用変圧器１３の長寿命化を実現できる。さらに、この種の監視系の制御を系統連系盤１４内の制御部５１により一括管理できる。

（９）昇圧用変圧器１３をコンテナ１５の外側に配置して空冷する空冷方式を採用したので、コンテナ１５内のインバータ装置２３の配設数を多くできるうえ、コンテナ１５内の複数のインバータ装置２３をエアコンディショナ２０により効率よく冷却することができる。

（１０）ダクト２１，２２は昇圧用変圧器１３の変圧器本体１３ａよりも上方の所定高さに架設されている。変圧器本体１３ａの上端部から延びるケーブル２６，２８を比較的短い長さでダクト２１，２２内を通してコンテナ１５側（電力変換装置１２側）又は系統連系盤１４側と接続することができる。また、作業者が立姿勢でケーブル２６，２８の配線作業を行うことができるので、比較的楽な姿勢で配線作業を行うことができる。

（１１）各インバータ装置２３内の各制御回路４６は、相互に通信可能な信号線で接続され、同期をとりながら循環電流を発生しないように制御しているので、各インバータ装置２３の出力を１本に繋いで合成して出力する構成としても、循環電流が抑制され、循環電流に起因する電力損失が大きくなることを回避できる。

なお、実施形態は、以下に示す態様でもよい。
・前記実施形態では、ダクト内の伝送路としてケーブル２６，２８を用いたが、一定形状の導電体である銅バーを用いてもよい。ダクト２１の軸線方向両端部に銅バーの両端部を接続するための端子台を置く、あるいは出力端子１２ｏ、昇圧用変圧器１３のダクト接続部１３ｂの開口部１３ｄ側の位置に、銅バーの両端部を接続するための端子台をそれぞれ置く。そして、変電設備ユニット１１の組み立て時には、ダクト２１内に配置した３本の銅バーの両端部を両側の端子台に接続する。ダクト２２側についても、同様に、ダクト２２内を通る３本の銅バーの両端部を接続するための端子台を設置する。銅バーのダクト内における取り付け位置は、一組の端子台によりダクトの内壁面と一定以上の距離を隔てて配置されるように定まる。銅バーを用いた場合も、ダクト２１，２２と銅バーとを絶縁破壊が生じないように離間して配置されるように取り付け位置が定まるので、工場での組合せ試験の実施、地中配線工事の低減などの同様の効果が得られる他、ダクト内のケーブルの配線経路を保持するために設けられた端子台を廃止できる。

・インバータ装置２３の冷却は、エアコンディショナ２０に替え、ファンによる外気の送風又は排気によりコンテナ１５内に発生させた気流による空冷方式を採用してもよい。
・接続箱３５をコンテナ１５内に収容してもよい。また、集電箱をコンテナ１５の外部に配置し、太陽電池パネル３４、接続箱３５及び集電箱を直流電源とし、この直流電源がコンテナ１５内のインバータ装置２３に接続される構成でもよい。

・ダクトを、第１ダクト２１、第２ダクト２２及びダクト接続部１３ｂよりなる３部品で構成したが、Ｔ字状のダクトを１つ採用してもよい。
・図１及び図２におけるコンテナを、短い長さ（１０フィート）の小型タイプに替え、この２倍の長さ（２０フィート）の大型タイプにしてもよい。この場合、コンテナ１５内に４個のインバータ装置２３が収容される。また、小型のインバータ装置を用い、小型のコンテナ内に３個又は４個のインバータ装置を配置したり、大型のコンテナ内に５個又は６個のインバータ装置を配置してもよい。

・電力変換装置の筐体は、貨物輸送用のコンテナに限定さない。インバータ装置を複数個収容可能な収容サイズのものであれば、これ専用に製造した筐体でもよい。
・電流センサ４４と電圧センサ４５の位置は、三相交流の電流値及び電圧値をそれぞれ検出可能であれば他の位置に変更してもよい。例えば昇圧用変圧器１３が筐体を有する構成の場合、この筐体内に電流センサと電圧センサとのうちの一方又は両方を収容してもよい。また、例えば電流センサと電圧センサとのうち一方又は両方を昇圧用変圧器１３の後段に設けてもよく、この場合、その一方又は両方を例えば系統連系盤１４内に設けてもよい。

・昇圧用変圧器の出力電圧（所定の電圧）は、電力系統の電圧に応じて適宜変更してよい。所定の電圧として、２２０００ボルト又は７７０００ボルトを採用してもよい。
・昇圧用変圧器１３を系統連系盤１４と同じ筐体に収容してもよい。この構成では、電力変換装置１２の筐体と、昇圧用変圧器１３及び系統連系盤１４に共通の筐体との間にダクトが架設される。そして、このダクト内には、前記実施形態の第１ダクトと同様に、３本のケーブルが、略一定間隔を開けた平行な状態で、かつダクトの内壁面から一定以上の距離を隔てた配線状態で端子台上に固定される。

・第１の時刻Ｔ１と第２の時刻Ｔ２は、日の出時刻、日没時刻に限定されず、操作盤１４ｄを操作して適宜な時刻を設定してもよい。
・直流電源は、燃料電池、バイオ燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよい。また、圧電振動発電装置でもよい。また、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機、バイオマス発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。

・電力系統は、商用電力系統に限定されず、例えば工場、鉄道、空港、公共施設、ビル等の構内の電力系統でもよい。
以下、前記実施形態及び変形例から把握される技術思想を以下に記載する。

（１）前記ダクトは前記昇圧用変圧器の本体（１３ａ）よりも上方の高さに架設されていることを特徴とする。この構成によれば、昇圧用変圧器の本体の上端部から延びる伝送路を比較的短い長さでダクト内を通して筐体側（電力変換部）又は系統連系盤側と接続することができる。

（２）前記開閉器は、励磁突流抑制機能付き開閉器であることを特徴とする。この構成によれば、励磁突流抑制機能付き開閉器を使うことで昇圧用変圧器へのストレスを低減できる。

１１…変電設備ユニット、１２…電力変換装置、１３…昇圧用変圧器、１４…系統連系盤、１５…筐体の一例としてのコンテナ、２０…エアコンディショナ、２０ａ…室外機、２０ｂ…室内機、２１…ダクトの一例としての第１ダクト、２２…第２ダクト、２３…電力変換部の一例としてのインバータ装置、２４…集電部の一例としての集電箱、２６…ケーブル、２７…端子台、２８…ケーブル、２９…端子台、３０…固定具、３１…直流電源、３２…電力系統の一例としての商用電力系統、３４…太陽電池パネル、３５…接続箱、４２…インバータ回路、４４…電流センサ、４５…電圧センサ、４６…制御回路、４９…伝送路、５０…開閉器、５１…制御部、５２…カレンダ機能部、５３…メモリ、Ｔ１…第１の時刻、Ｔ２…第２の時刻。

Claims (3)

1. 複数の直流電源のそれぞれに対応して設けられ、前記直流電源から入力される直流電力を三相交流電力に変換する複数の電力変換部と、
   前記複数の電力変換部を収容する筐体と、
   前記複数の電力変換部のそれぞれの出力が合成されて出力された三相交流電力を入力して当該入力した三相交流電力の電圧値を電力系統の電圧値に昇圧する昇圧用変圧器と、
   前記昇圧用変圧器と電力系統との間に設けられ、前記昇圧用変圧器と電力系統との間の電力伝送路を遮断する機能を有する系統連系盤と、
   を備え、
   前記複数の電力変換部と前記昇圧用変圧器との間の交流電力の伝送路は、前記筐体と前記昇圧用変圧器との間に設置されたダクト内を通ると共に、当該ダクトに対して絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されるように当該ダクト内の取り付け位置が定まっており、
   前記系統連系盤は、前記昇圧用変圧器と電力系統との間の伝送路を遮断するための開閉器と、当該開閉器を制御するとともにカレンダ機能を有する制御部とを備え、
   前記制御部は、日付に応じて予め設定された第１の時刻になると、前記開閉器を閉じ、日付に応じて予め設定された第２の時刻になると、前記開閉器を開くことを特徴とする変電設備ユニット。
2. 前記昇圧用変圧器と前記系統連系盤の間の交流電力の伝送路は、前記昇圧用変圧器と前記系統連系盤との間に設置された第２ダクト内を通ると共に、当該第２ダクトに対して絶縁破壊が生じない一定以上の距離を離間して配置されるように取り付け位置が定まっていることを特徴とする請求項１に記載の変電設備ユニット。
3. 前記直流電源から入力した直流電力を集電してそれぞれ対応する前記電力変換部に出力する複数の集電部を更に備え、
   前記筐体には、前記複数の電力変換部と前記複数の集電部とが収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変電設備ユニット。